量子计算机至今热了30年，为何至今还没有实现

到目前为止，大多数人都听说量子计算是一项革命性的技术，它利用量子力学的奇异特性，比普通计算机更快地解决某些问题。这些问题的范围从数学到零售业，从物理学到金融。如果我们掌握了量子技术，这些好处将提振整个经济，增强国家的竞争力。

量子计算的前景在20世纪80年代首次得到承认，但至今仍未实现。量子计算机极其难以设计、制造和编程。结果，它们被噪声、故障和量子相干性损失等形式的错误所削弱，而这些错误对它们的运行至关重要，但在任何重要的程序有机会运行完成之前就会崩溃。

这种由振动、温度波动、电磁波以及与外界环境的其他相互作用引起的相干性(称为退相干)的丧失，最终会破坏计算机的奇异量子特性。考虑到当前退相干和其他错误的普遍性，当代量子计算机不太可能返回正确的答案，即使程序的执行时间很短。

当竞争的技术和竞争的架构正在攻击这些问题时，没有任何现有的硬件平台能够保持一致性，并提供大规模计算所需的健壮的错误纠正。突破可能还需要几年的时间。

与此同时，最重要的问题是，我们如何从一台在完成典型计算之前就变得非常不可靠的计算机中获得有用的结果？

答案来自多个领域的深入调查，工业界、学术界和国家实验室的研究人员正在寻求各种减少错误的方法。一种方法是根据不同噪声水平下的计算结果来猜测无错误计算的结果。另一种完全不同的方法，混合量子经典算法，在量子计算机上只运行程序中性能最关键的部分，而程序的大部分运行在更健壮的经典计算机上。事实证明，这些策略和其他策略对于处理当今量子计算机的嘈杂环境非常有用。

虽然经典计算机也会受到各种错误来源的影响，但是这些错误可以通过少量的额外存储和逻辑来纠正。量子纠错方案确实存在，但它消耗了大量的量子位元(量子位元)，因此用于实际计算的量子位元相对较少。这将计算任务的大小减少到在无缺陷硬件上运行的很小一部分。

为了正确看待吝啬使用量子位元的重要性，今天最先进的基于门的量子计算机，使用的逻辑门类似于你正在阅读这篇文章的计算机、智能手机或平板电脑中发现的那些构成数字电路的逻辑门，号称只有50个量子位元。这只是你的设备可用的经典位的一小部分，通常是数千亿。

驯服缺陷以完成某事

问题是，量子力学挑战我们的直觉。因此，我们很难找出执行有意义任务的最佳算法。为了帮助克服这些问题，我们在洛斯阿拉莫斯国家实验室的团队正在开发一种方法，来发明和优化算法，使其在有噪声的量子计算机上执行有用的任务。

算法是一组操作列表，这些操作告诉计算机做一些事情，类似于烹饪配方。与经典算法相比，量子算法最好保持尽可能短的时间，而且我们发现，量子算法最适合于给定硬件设备的特定缺陷和噪声情况。这使得算法能够在受约束的时间框架内执行更多的处理步骤，然后退相干将正确结果的可能性降低到几乎为零。

在洛斯阿拉莫斯实验室的量子计算跨学科研究中，由实验室指导的研究和开发项目资助，我们正在寻求使算法有效运行的关键步骤。其主要思想是减少门的数量，以便在退相干和其他错误源有机会不可接受地降低成功的可能性之前完成执行。

我们使用机器学习将量子电路翻译或编译成特定于特定量子计算机的最佳短等效电路。直到最近，我们还在经典计算机上使用机器学习方法来搜索量子程序的简化版本。现在，在最近的一次突破中，我们设计了一种方法，使用现有的量子计算机来编译它们自己的量子算法。这将避免在经典计算机上模拟量子动力学所需的大量计算开销。

由于这种方法产生的算法比现有的算法要短，因此可以减少噪声的影响。这种机器学习方法还可以以特定于算法和硬件平台的方式补偿错误。例如，它可能会发现一个量子位元比另一个量子位元的噪声小，因此算法优先使用更好的量子位元。在这种情况下，机器学习创建一个通用算法来计算计算机上分配的任务，使用最少的计算资源和最少的逻辑门。优化后，算法运行时间更长。

这种方法已经在有限的量子计算机上运行，现在公众可以在云上使用它。它还利用了量子计算机的优势，可以在未来设想的更大的量子计算机上对大型问题扩展算法。

量子退火算法没有涉及到量子算法。根据查询相关信息显示，量子退火算法的提出者是西森教授，人类第一个商用量子计算机Dwave和另一个非常重要的算法量子退火，典型量子算法包括，Shor算法，Grove算法，HHL算法，量子机器学习与深度学习算法。

光子盒研究院出品

量子计算是重要的前沿 科技 之一，是延续接近物理极限的摩尔定律继续发展的重要路径。 量子计算的特别之处是其计算能力随着能够支持的量子比特数的增长呈幂指数增长。全球来看，2019年宣布达到“量子霸权”的谷歌、IBM、微软、英特尔以及Quantum Computing Inc在量子计算上较为领先。阿里巴巴、百度等中国公司也在积极布局。

目前制约技术成熟的要素包括硬件和算法两方面。市场分析师Luke Lango撰文称，谷歌在2019年底实现量子霸权，为量子计算在未来几年内从理论走向现实奠定了基础。这一转变将引发全球量子计算市场的巨大增长。量子计算有望在未来十年成为大赢家。

因此，考虑到这一点，可以在接下来的十年中购买以下7只量子计算股票：

Alphabet (纳斯达克：GOOG,GOOGL)

国际商业机器 (纽约证券交易所：IBM)

微软 (纳斯达克：MSFT)

Quantum Computing (OTC市场：QUBT)

阿里巴巴 (纽约证券交易所：BABA)

百度 (纳斯达克：BIDU)

英特尔 (纳斯达克：INTC)

7只量子计算股票

Alphabet(纳斯达克：GOOG,GOOGL)

在未来十年内要购买的各种量子计算股票中，最好的买入可能是Alphabet股票。谷歌量子计算硬件方面代表了目前全球最高水平之一。 2006年，谷歌量子计算项目由Hartmut Neven 创立，最初专注于算法和软件。2014年，谷歌招募了加州大学圣塔芭芭拉分校John Martinis 团队，谷歌开始在量子计算硬件方面发力。2016年，谷歌量子计算团队使用3个量子比特对氢分子的基态能量进行了模拟，效果已经可以和经典计算机持平。2018年3月，谷歌推出了72位量子比特芯片Bristlecone。2019年10月，谷歌使用其当时最新推出的53位量子比特芯片Sycamore运行随机电路取样，仅用20s时间即完成了结果，而谷歌推算如果使用算力强大的超级计算机Summit需耗时1万年，实现了“量子优越性”，这也是目前全球量子计算机经过实测的最强算力。2020年3月，谷歌推出了TensorFlow Quantum量子机器学习算法开发平台，助力于未来全球量子算法的发展。

尽管，许多人一直在争论Alphabet是否确实达到了量子霸权。但现实情况是Alphabet建造了世界领先的量子计算机。这种超级计算机相关内容会变得越来越好，Sycamore的计算能力也将提高。Alphabet可以通过其Google Cloud业务将Sycamore转变为市场领先的量子计算服务业务，并实现巨额收入。Alphabet是可能是今天最好的量子计算股票之一。

国际商业机器(纽约证券交易所：IBM)

量子计算领域中另一个与Alphabet竞争的就是IBM。IBM是全球最早布局量子计算的公司之一，并且至今技术依然保持全球领先。 早在1999年，IBM就采用NMR量子比特技术开发出3位量子计算机。2001年，IBM分别在5位NMR量子计算机、7位NMR量子计算机上成功运行了Shor量子算法，成功将21分解为3和7，将15分解为3和5，这是人类首次在硬件上实现Shor量子算法。2016年，IBM推出量子云计算平台IBM Q Experience，IBM成为全球第一个推出量子云服务的公司。2017年，IBM采用超导量子比特技术开发出17位量子计算机和50位量子计算机。2019年，IBM推出Q System One，这是一台53位的量子计算机。

IBM多年来一直在量子计算领域占据重要地位，但是他的细分领域却一直与其他公司不一样，例如Google一直在追求量子霸权（Quantum Supremacy），但IBM却回避了这种想法，转而称之为“量子优势”（Quantum Advantage）。 表面上看，量子优势与量子霸权并无太大区别。前者处理的是一个连续体，专注于使量子计算机比传统计算机更快地执行某些任务。后者涉及的是使量子计算机永远比传统计算机更快的那一刻。但仅仅是一个哲学上的差异，却有着巨大的意义。通过专注于建立量子优势，IBM将其量子计算用在某些垂直行业和某些任务中，使其具有可衡量的实用性和经济性。从长远的发展来看，IBM为其量子计算服务创建一个相当于直接进入市场的策略。他可以帮助这个行业做好每一项任务。因此，有了这样一种可实现的、简单的、切实可行的方法，IBM的股票是未来10年内最有把握的量子计算股票之一。

微软(纳斯达克：MSFT)

另一个在量子计算领域具有长期潜力的大型 科技 公司是微软，微软和谷歌、IBM等 科技 巨头不同，在量子计算硬件上投入较少，目前仅专注于量子云服务。 2019年，微软发布Azure Quantum量子云服务平台，使用者可以通过平台使用 Honeywell、IonQ、Quantum Circuits等公司的量子计算机。微软基于庞大的云业务Azure推出Azure Quantum量子云服务平台。目前，Azure Quantum是一个安全、稳定和开放的生态系统，为量子计算软件、硬件和应用程序提供一站式服务。微软依靠其已经庞大的Azure客户群来交叉销售Azure Quantum。这样做将平台提供了非常广阔的前景。综上所述，量子计算只是微软企业云增长的一个方面。这种增长的说法在未来几年将保持强劲势头，这将继续支撑微软股价的进一步上涨。

Quantum Computing(OTC市场：QUBT)

在给出的列表中，最有趣、最小、最具爆炸性的量子计算股票是Quantum Computing。 未来几年，量子计算将改变一切，但是他的相关硬件很贵。量子计算的硬件还不能以低成本向普通客户提供，使他们产生可观的收益。因此，量子计算正在构建一个经济实惠的量子计算软件和应用程序的组合，这些软件和应用程序可以提供量子计算能力，并在传统计算机上运行。Quantum Computing希望能够填补这一空白，并成为一个广泛的、低成本的量子计算软件提供商，为那些买不起量子计算硬件的公司提供便捷的量子计算软件。Quantum Computing在2020年才开始将软件商业化，通过目前处于beta模式的三个产品，这三种产品可能会在今年下半年开始与金融、医疗和政府客户签订长期合同。这些早期的签约可能是未来5到10年内成千上万家公司注册量子服务的开始。尽管现在这家公司收入基本为0，但可预见到未来能有几亿美元的收入。QUBT股票目前市值只有1200万美元，未来股价可能会飙升。

阿里巴巴(纽约证券交易所：BABA)

我国 科技 巨头阿里巴巴近年来也在布局量子计算 。2015年，阿里巴巴和中科院进行合作。2017年，密西根大学教授施尧耕加入阿里巴巴，加速了阿里在量子计算上的发展；同年，阿里巴巴宣布其与中科院联合打造的量子云平台上线。阿里巴巴正在打造一个强大的QCaaS分支，以补充其已经庞大的服务业务。事实上，阿里云拥有全球IaaS市场约10%的份额，他打算利用这一领导地位，向其庞大的现有客户群交叉销售量子计算服务，并最终成为中国最大的QCaaS运营商。鉴于阿里巴巴巨大的资源优势，该公司很可能最终成为中国量子计算市场的第一或第二大公司。因此这是一个长期购买和持有阿里巴巴股票的原因。

百度(纳斯达克：BIDU)

另一家率先涉足量子计算的中国大型 科技 公司是百度。 百度于2018年启动了自己的量子计算研究中心，研究中心的目标是将量子计算整合到百度的核心业务中。百度在最初阶段建立量子计算的初衷是希望来改善自己的运营，后来公司希望将量子计算业务作为服务出售给第三方。两者的结合将为百度带来很大的回报，量子计算可以使百度的核心搜索和广告业务显着改善，计算能力的提高也可以极大地改善搜索算法和广告定位技术。由于对量子计算的早期研究，百度股票也有上涨空间。

英特尔(纳斯达克：INTC)

最后，在这张量子计算股票的买入名单上是英特尔。 尽管英特尔在传统CPU方面可能落后于竞争对手AMD，但半导体巨头却在创造潜在的量子CPU方面处于领先地位。英特尔新发布的Horse Ridge低温控制芯片被广泛认为是当今市场上最佳的量子CPU候选产品。该芯片包括四个可以控制128个量子位的射频通道，这是英特尔前身量子CPU Tangle Lake的两倍多。换句话说，英特尔是量子计算芯片的领导者。未来当量子计算机大规模制造时，它们很可能会建立在英特尔的量子CPU上。为此，未来5到10年量子计算硬件市场的潜爆炸性增长对英特尔的股票都是一个巨大的刺激。

云平台推动量子计算机商用

目前，谷歌、IBM、微软、亚马逊、阿里巴巴等全球 科技 巨头均已推出量子云服务平台。 用户可以通过平台提供的编译器开发量子算法，并通过云服务在云端的量子计算机硬件上进行运行。2017 年，IBM Q Experience 正式上线运行，是全球第一个量子云服务平台。随后，阿里巴巴、谷歌、微软、亚马逊也相继推出了量子云服务平台。

中短期内，量子计算机在达到商业应用程度后，小型化问题依然难以解决，通过云计算提供服务是其可能的形态。 量子计算机体积较大，且需要运行在较低温度环境下，由专门的技术人员进行维护，短期内推出小型商用机可能性较小。量子计算机与现有网络系统相适应，用户通过量子云服务远程调度量子计算机算力。具体来说，下游用户通过客户端操纵云端经典计算机，云端经典计算机通过量子计算机操控程序输入/读取量子计算机数据。

参考资料：

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